1、第一章 緒論1-2、連續(xù)介質(zhì)的概念：流體占據(jù)空間的所有各點(diǎn)由連續(xù)分布的介質(zhì)點(diǎn)組成。流體質(zhì)點(diǎn)具有以下四層含義：1、流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀尺寸很小很小。2、流體質(zhì)點(diǎn)的微觀尺寸足夠大。3、流體質(zhì)點(diǎn)是包含有足夠多分子在內(nèi)的一個(gè)物理實(shí)體，因而在任何時(shí)刻都應(yīng)該具有一定的宏觀物理量。4、流體質(zhì)點(diǎn)的形狀可以任意劃定，因而質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)之間可以完全沒(méi)有空隙。1-5、流動(dòng)性：液體與固體不同之處在于各個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)聚力極小，易于流動(dòng)，不能自由地保持固定的形狀，只能隨著容器形狀而變化，這個(gè)特性叫做流動(dòng)性。慣性：物體反抗外力作用而維持其原有狀態(tài)的性質(zhì)。黏性：指發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)流體內(nèi)部呈現(xiàn)內(nèi)摩擦力而阻止發(fā)生剪切變形的一種特性，是流體的

2、固有屬性。內(nèi)摩擦力或黏滯力：由于流體變形（或不同層的相對(duì)運(yùn)動(dòng)），而引起的流體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間的反向作用力。F：內(nèi)摩擦力；。：?jiǎn)挝幻娣e上的內(nèi)摩擦力或切應(yīng)力（N/m）；。A：流體的接觸面積（m）。：與流體性質(zhì)有關(guān)的比例系數(shù)，稱為動(dòng)力黏性系數(shù)，或稱動(dòng)力黏度。：速度梯度，即速度在垂直于該方向上的變化率（）。黏度：分為動(dòng)力黏度、運(yùn)動(dòng)黏度和相對(duì)粘度。恩氏黏度：試驗(yàn)液體在某一溫度下，在自重作用下從直徑2.8mm的測(cè)定管中流出200cm所需的時(shí)間T1與在20時(shí)流出相同體積蒸餾水所需時(shí)間T2之比。牛頓流體：服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體（水、大部分輕油、氣體等）溫度、壓力對(duì)黏性系數(shù)的影響？溫度升高時(shí)液體的黏度降低，流動(dòng)性增加

3、；氣體則相反，溫度升高時(shí)，它的黏度增加。這是因?yàn)橐后w的黏度主要是由分子間的內(nèi)聚力造成的。壓力不是特別高時(shí)，壓力對(duì)動(dòng)力黏度的影響很小，并且與壓力的變化基本是線性關(guān)系，當(dāng)壓力急劇升高，黏性就急劇增加。對(duì)于可壓縮流體來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)黏度與壓力是密切相關(guān)的。在考慮到壓縮性時(shí)，更多的是動(dòng)力黏度而不用運(yùn)動(dòng)粘度。壓縮性：在溫度不變的情況下，流體的體積隨壓強(qiáng)的增大而變小的性質(zhì)。壓縮系數(shù)p：在一定溫度下，密度的變化率與壓強(qiáng)的變化成正比。，V1、V1分別是壓強(qiáng)為P1、P2時(shí)流體的體積。，p1、p2分別是流體體積為V1、V2時(shí)的壓力。流體彈性力的大小用體積系數(shù)或體積彈性模數(shù)表示，體積彈性模數(shù)是體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)。用來(lái)度量

4、。膨脹性：在壓強(qiáng)不變的情況下，流體體積隨溫度升高而變化的性質(zhì)。膨脹系數(shù)t：在一定壓強(qiáng)下，體積的變化率與溫度的變化成正比。，溫度升高量，單位為K或。0，體積增大量，單位為。表面張力：液體分子間有內(nèi)聚力（吸引力），但在液體與氣體交界的自由面上，各個(gè)方向上的內(nèi)聚力不能達(dá)到平衡，從而產(chǎn)生了分子的內(nèi)壓力。在這個(gè)內(nèi)壓力的作用下，液體表面層中的分子有盡量擠入液體內(nèi)部的趨勢(shì)，因而液體要盡可能地縮小它的表面積。在宏觀上，液體表面就好像是拉緊的彈簧模，這是由于沿著表面存在著使表面有收縮傾向的張力，這種力叫做液體的表面張力。毛細(xì)現(xiàn)象：毛細(xì)現(xiàn)象就是液體和固體相接觸時(shí)，液體沿壁面上升或下降的現(xiàn)象。第二章 流體靜力學(xué)2.

5、1流體的靜壓強(qiáng)特性：1）流體靜壓強(qiáng)的方向必然重合于受力面的內(nèi)法線方向。2）平衡流體中任意點(diǎn)的靜壓強(qiáng)值只能由該點(diǎn)的坐標(biāo)決定，而與該壓強(qiáng)的作用方向無(wú)關(guān)，即沿各個(gè)方向作用于同一點(diǎn)的壓強(qiáng)是等值的。作用在流體微團(tuán)上的力可分為兩類：質(zhì)量（體積）力和表面力。質(zhì)量力包括重力和流體加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力，是與流體微團(tuán)質(zhì)量大小成正比并且集中作用在微團(tuán)質(zhì)量中心上的力。表面力是相鄰流體（或固體）作用于此流體微團(tuán)各個(gè)表面上的力。其大小與表面面積有關(guān)，而且分布作用在流體表面上。2.2歐拉平衡方程式：W（x，y,z）：是描述質(zhì)量力的標(biāo)量函數(shù)，稱為質(zhì)量力的勢(shì)函數(shù)。由勢(shì)函數(shù)決定的力稱為有勢(shì)力，可以看到：在有勢(shì)的質(zhì)量力作用下，流體中

6、任何一點(diǎn)上的流體靜壓強(qiáng)可以由坐標(biāo)唯一地確定，這樣流體才能保持平衡狀態(tài)，因而結(jié)論是：只有在有勢(shì)的質(zhì)量力作用下流體才能平衡。等壓面：流體中壓強(qiáng)相等的點(diǎn)所組成的面。等壓面與質(zhì)量力垂直，且等壓面也就是等勢(shì)面2.3液體靜力學(xué)基本方程式：由得以下推論:1)靜壓強(qiáng)的大小與液體的體積無(wú)直接關(guān)系。相同的液體，壓強(qiáng)只和深度有關(guān);2)兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差，等于兩點(diǎn)間單位面積鉛直液柱的重量;3)平衡狀態(tài)下，液體內(nèi)任意點(diǎn)壓強(qiáng)的變化，等值地傳遞到其它點(diǎn).帕斯卡定理：流體靜力學(xué)方程的幾何意義和能量意義：1) 幾何意義、位置水頭。、測(cè)壓管高度或稱相對(duì)壓強(qiáng)高度。 、靜壓高度或絕對(duì)壓強(qiáng)高度。相對(duì)壓強(qiáng)高度與絕對(duì)壓強(qiáng)高度，均稱為壓強(qiáng)水頭。位

7、置高度與測(cè)壓管高度之和如，稱為測(cè)壓管水頭。位置高度與靜壓高度之和如圖靜壓水頭。及 上式說(shuō)明：靜止液體中各點(diǎn)位置水頭和測(cè)壓管高度可以相互轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)測(cè)壓管水頭卻永遠(yuǎn)相等，即敞口測(cè)壓管最高液面處于同一水平面測(cè)壓管水頭面。靜止液體中各位置水頭和靜壓高度亦可以相互轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)靜壓水頭永遠(yuǎn)相等，即閉口的玻璃管最高液面處在同一水平面靜壓水頭面。2) 能量意義（物理意義） 比位能，表示單位重量液體對(duì)基準(zhǔn)面OO的位能； 比壓能，表示單位重量液體所具有的壓力能； 比勢(shì)能，表示單位重量液體對(duì)基準(zhǔn)面具有的勢(shì)能。能量意義：在同一靜止液體中，各點(diǎn)處單位重量液體的比位能可以不相等，比壓能也不相同，但其比位能與比壓能可以相

8、互轉(zhuǎn)化，比勢(shì)能總是相等的，是一個(gè)不變的常量。是能量守恒定律在靜止液體中的體現(xiàn)。2.47、其中絕對(duì)壓強(qiáng)用表示；當(dāng)?shù)卮髿鈮河帽硎?.7壓力體的定義:實(shí)壓力體：壓力體和液體在曲面的同側(cè)，壓力體內(nèi)實(shí)有液體，稱為實(shí)壓力體，垂直分力方向向下。，虛壓力體：壓力體和液體在曲面的異側(cè)，其上地面為自由也米娜的延伸面，壓力體內(nèi)無(wú)液體，稱為虛壓力體第3章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)概念性知識(shí)：1. 描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法：拉格朗日方法和歐拉方法。拉格朗日方法是一種基于流體質(zhì)點(diǎn)的描述方法，通過(guò)描述各質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律，來(lái)確定整個(gè)流體的變化規(guī)律。歐拉方法描述適應(yīng)流體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，利用了流場(chǎng)的概念。（所謂流場(chǎng)，是指在流動(dòng)的空間充滿了

9、連續(xù)的流體質(zhì)點(diǎn)，而這些質(zhì)點(diǎn)的某些物理量分布在整個(gè)流動(dòng)空間，形成物理量的場(chǎng)，如速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)等，這些場(chǎng)統(tǒng)稱為流場(chǎng)）通過(guò)在流場(chǎng)中不同的空間位置（x，y，z）設(shè)立許多“觀察點(diǎn)”，對(duì)流體的情況進(jìn)行觀察，來(lái)確定通過(guò)該觀察點(diǎn)時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)，得到的物理量隨時(shí)間變化的函數(shù)（x，y，z，t），（x，y，z，t）稱為歐拉函數(shù)。2. 定常場(chǎng)與非定常場(chǎng)：如果流場(chǎng)中的各物理量的分布與時(shí)間t無(wú)關(guān)，即=0則稱為定常場(chǎng)或定常流動(dòng)。定常場(chǎng)各物理量分布具有時(shí)間不變性。如果任何一個(gè)物理量分布不具有時(shí)間不變性，則稱為非定常場(chǎng)或非定常流動(dòng)。3. 均勻場(chǎng)與非均勻場(chǎng)：如果流場(chǎng)中的各物理量的分布與空間無(wú)關(guān)，即=0，則稱為均勻場(chǎng)和均勻流

10、動(dòng)。均勻場(chǎng)各物理量分部具有空間不變性。如果任何一個(gè)物理量分布不具有空間不變性，則稱為非均勻場(chǎng)或非均勻流動(dòng)。4. 流線與跡線：跡線是流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡線，是拉格朗日方法描述的幾何基礎(chǔ)。流線是流場(chǎng)中假想的這樣一種曲線：某一時(shí)刻，位于該曲線上的所有流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向都與這條曲線相切。流線是歐拉方法描述的幾何基礎(chǔ)。同一時(shí)刻，流場(chǎng)中會(huì)有無(wú)數(shù)多條流線（或流線簇）構(gòu)成流動(dòng)圖景，稱為流線譜或流譜。5.駐點(diǎn)與奇點(diǎn)：作流線方程的曲線如右圖所示，是一族雙曲線，質(zhì)點(diǎn)離原點(diǎn)越近，即r越小，其加速度與加速度均越小，在r0點(diǎn)處，速度與加速度均為零。流體力學(xué)上稱速度為零的點(diǎn)為駐點(diǎn)（或滯止點(diǎn)），如圖中O點(diǎn)即是。在r的無(wú)窮遠(yuǎn)處，質(zhì)

11、點(diǎn)速度與加速度均趨于無(wú)窮。流體力學(xué)上稱速度趨于無(wú)窮的點(diǎn)為奇點(diǎn)。 駐點(diǎn)和奇點(diǎn)是流場(chǎng)中的兩種極端情況，一般流場(chǎng)中不一定存在6. 流線的性質(zhì)：1.定常流動(dòng)中流線形狀不隨時(shí)間變化，而且流體質(zhì)點(diǎn)的跡線與流線重合。 2.在實(shí)際流場(chǎng)中，除了駐點(diǎn)和奇點(diǎn)以外，流線既不能相交，也不能突然轉(zhuǎn)折。7.流管與流束：在流場(chǎng)中任意取出一個(gè)有流線從中通過(guò)的封閉曲線，如圖38中的l，l上的所有流線圍成一個(gè)封閉管狀曲面，稱為流管。流管內(nèi)所包含的所有流體稱為流束。當(dāng)流管的橫斷面積無(wú)窮小時(shí)，所包含的流束稱為元流，最小的元流就退化為一條流線。如果封閉曲線取在管道內(nèi)壁周線上，則流束就是管道內(nèi)部的全部流體，這種情況稱為總流。8. 過(guò)流斷面

12、、流量和凈通量：流管內(nèi)與流。處處垂直的截面稱為過(guò)流截面（或過(guò)流斷面），過(guò)流截面可以是平面或曲面。流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某過(guò)流截面的流體體積稱為體積流量，也簡(jiǎn)單稱為流量，如果流過(guò)的流體按質(zhì)量計(jì)量，則稱為質(zhì)量流量。凈通量q反映了微面積上流出、流入流量的代數(shù)和，若q 0，表示流出大于流入，控制體內(nèi)流體減少；q時(shí)為湍流2.粗糙管與光滑管：管壁面凹凸不平的絕對(duì)尺寸的均值稱絕對(duì)粗糙度。當(dāng)時(shí)，管壁的凹凸部分完全淹沒(méi)在層流中，流體的湍流核（區(qū)）不直接與管壁接觸，對(duì)液體湍流無(wú)影響。由于層流邊層的存在，對(duì)層流阻力有一定影響，這種管稱水力（流動(dòng)）光滑管。當(dāng)時(shí)，管壁粗糙（凹凸）部分突出到湍流中，層流邊層被破壞，這時(shí)流體

13、的阻力主要決定于管的粗糙度，而與雷諾數(shù)或黏度無(wú)關(guān)，這時(shí)的管道稱水力（流動(dòng)）粗糙管。管壁的幾何粗糙度并不能完全描述管壁對(duì)液體的影響。同一管道，可為水力光滑管，也可為水力粗糙管，主要決定于層流邊層厚度或雷諾數(shù)。3.沿程阻力：是指流體在過(guò)流斷面沿程不變的均勻流道中所受的流體阻力。主要是由流體與管路壁面的摩擦和內(nèi)摩擦引起的，由沿程阻力造成的流體流動(dòng)過(guò)程中的能量損失稱為沿程損失。4.局部阻力：是指流體在流過(guò)局部裝置（如閥門、接頭、彎管）時(shí)，因流體與這些裝置內(nèi)部件的沖擊以及流體質(zhì)點(diǎn)流速大小和方向發(fā)生急劇變化引起的碰撞形成的阻力。由局部阻力造成的水頭損失稱為局部損失。5.尼古拉斯實(shí)驗(yàn)：根據(jù)（管流沿程摩擦阻力

14、系數(shù)）的變化特性，尼古拉茲曲線可分為五個(gè)區(qū)：層流區(qū)、層流向湍流的過(guò)渡區(qū)、“光滑區(qū)”、湍流過(guò)渡區(qū)、“粗糙區(qū)”。6水錘現(xiàn)象的減輕:1) 緩慢關(guān)閉閥（延長(zhǎng)關(guān)閉時(shí)間T）和縮短管道長(zhǎng)度可顯著減小2) 在管路中安裝蓄能器可吸收沖擊的能量，減弱壓力沖擊3) 在管路中可以安裝安全閥，限制最大的沖擊壓力，從而保護(hù)管路的安全第6章 流體的出流1.薄壁孔出流：孔口可以根據(jù)孔口直徑和壁厚間的大小關(guān)系分為薄壁孔口和厚壁孔口。當(dāng)時(shí)，稱為薄壁孔。如圖6-1所示。此時(shí)的孔口出流，水流與孔壁僅在一條周線上接觸，壁厚對(duì)出流無(wú)影響。反則時(shí)，稱為厚壁孔口或外伸管嘴2.收縮系數(shù)：在大氣壓強(qiáng)和水頭的壓力下，流體經(jīng)過(guò)薄壁孔口出流，由于流線

15、不能突然彎折，在孔口內(nèi)形成一個(gè)收縮面cc（如上圖），設(shè)收縮斷面面積為，孔口斷面面積為，為了研究的方便，首先引入收縮斷面面積與孔口斷面面積的比為 ，則稱為收縮系數(shù)。3.薄壁孔口的恒定自由出流：設(shè)大容器內(nèi)液體流速為，收縮面cc處的壓強(qiáng)為、流速為；建立過(guò)流斷面11和收縮斷面cc的伯努利方程式中為孔口的局部水頭損失系數(shù)，又，代入上式化簡(jiǎn)得。 令稱為作用水頭，收縮斷面流速為，令上式（取），稱為孔口的流速系數(shù)。 經(jīng)過(guò)孔口出流的體積流量為 令稱為孔口的流量系數(shù)。4.孔口出流系數(shù);孔口出流收縮系數(shù)、流速系數(shù)、流量系數(shù)決定了孔口出流的主要性能，其中的流速系數(shù)和流量系數(shù)取決于收縮系數(shù)和孔口處的局部水頭損失系數(shù)。在

16、實(shí)際工程中，由于孔口出流大多為湍流，雷諾數(shù)都很大，可忽略雷諾數(shù)對(duì)孔口系數(shù)的影響，故認(rèn)為上述系數(shù)主要和邊界條件有關(guān)。 在邊界條件中，孔口形狀、孔口在壁面上的位置和孔口的邊緣情況，是影響流速系數(shù)的主要因素。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明：不同形狀孔口的流速系數(shù)差別不大，而孔口在壁面上的位置對(duì)收縮系數(shù)影響較大，進(jìn)而影響流速系數(shù)。孔口1周邊距離鄰近壁面較遠(yuǎn)，側(cè)壁對(duì)流束的收縮沒(méi)有影響，稱為完善收縮。孔口2，其右邊距離鄰近壁面較小，流束的收縮受到側(cè)壁的影響而減弱，稱為非完善收縮。對(duì)應(yīng)的流量系數(shù)將比完善收縮的大。孔口3和4與壁面接觸，稱為部分收縮。5.薄壁阻尼孔的出流（淹沒(méi)孔口出流）：比較孔口恒定自由出流和淹沒(méi)出流，自由出流

17、基本公式中的作用水頭是折算作用水面到孔口的形心高度，而淹沒(méi)孔口出流的水頭（）是上下游液面的高度差，與孔口位置無(wú)關(guān)，因而淹沒(méi)出流孔口斷面各點(diǎn)的水頭相同，所以淹沒(méi)出流就不區(qū)分大小孔口。6. 薄壁厚孔的自由出流：由于厚壁孔口在出流過(guò)程中，在孔口內(nèi)出現(xiàn)流束的收縮截面，收縮截面就形成一個(gè)真空區(qū)域，具有抽吸作用，從而增大流量。厚壁孔口內(nèi)最小截面的真空度為。 上式表明，厚壁孔口內(nèi)最小截面的真空度達(dá)到作用水頭的0.75倍，相當(dāng)于增加了75的作用水頭高度，這就是厚壁孔口出流量比薄壁孔口出流量大的原因。第七章 縫隙流動(dòng)7-1、平行平板間的縫隙流公式：一、在x方向壓強(qiáng)作用下固定平板之間的縫隙流動(dòng)（壓差流） 上下面均

18、固定不動(dòng)，由于兩端壓力差的作用使流體在x方向流動(dòng)。1、由邊界條件y=0，u=0；y=h,u=0，可以得到積分常數(shù)，代入式中有： 2、最大速度發(fā)生在兩平行平面中線處，把代入式得：3、通過(guò)縫隙縫寬為B的流量4、平均流速5、平均流速與最大流速比6、壓力損失，得 二、零壓強(qiáng)差的情況下，上板勻速帶動(dòng)的縫隙流動(dòng)（剪切流）邊界條件為y=0，u=0；y=h，1、速度分布2、剪切流條件下的流量3、切應(yīng)力分布該情況下，切應(yīng)力為常數(shù)。三、在壓強(qiáng)差和上板運(yùn)動(dòng)共同作用下的縫隙流動(dòng)1、速度分布2、流量3、切應(yīng)力為前兩種流動(dòng)切應(yīng)力的疊加7-2、環(huán)形縫隙流圖示在同心環(huán)狀縫隙間的流動(dòng)。當(dāng)hr 1時(shí)(相當(dāng)于液壓元件內(nèi)配合間隙的情況)，可以將環(huán)形縫隙間的流動(dòng)近似地看作是平行平板縫隙間的流動(dòng)，只要將bd代入，就可得這種情況下的流量。公式：當(dāng)縫隙h較大時(shí)(相當(dāng)于液壓元件內(nèi)沒(méi)有配合要求的間隙的情況，見(jiàn)圖b